uboot 链接地址与运行地址的区别

Posted 2020-07-05 什么都没有

对于ARM架构的CPU，上电后PC寄存器是指向0地址处的，从这个地址开始运行程序，那么运行了启动代码后会把程序搬移到内存中去运行，这样就是产生程序会在运行时有个两地址，而由源码编译为可执行文件时只会指定一个链接地址，指定的这个地址通常是在内存中运行时的运行地址，那么刚上电启动时的程序运行地址怎么办呐？这里要先介绍汇编语言中的位置无关码。 

使用C/C++或者其他高级语言编程，最后会被编译器工具转换为汇编代码，最后再翻译成机器码存储在内存、硬盘或者其他存储器上。机器码的构造不同的CPU有不同的规则，在这里就不再讨论，我们去关注汇编代码。在嵌入式开发中汇编程序通常用于非常关键的地方，比如系统启动阶段，中断向量表等。在启动阶段会经常使用到b、bl两条跳转指令。这两条语句到时完成跳转的工作，但是bl在跳转时会将跳转处的地址存放在ARM的LR寄存器中，方便在后面跳转回来。在使用b或bl跳转时，下一条指令的地址是这样计算的：将指令中24位带符号的补码扩展为32位；将此32位数左移两位；将得到的值加入到PC寄存器中，即可得到跳转的目标地址。这样可以发现，b跳转指令依赖于当前PC寄存器的值，这个特性使得使用b指令的程序不依赖于代码存储的位置---即不管这条代码放在什么位置，b指令都可以跳到正确的位置，这类指令被称为位置无关码。

所以u-boot程序刚开始执行时，他所处的地址不等于运行地址，不管是norflash启动还是nandflash启动，刚开始运行都是从0地址，那么在开头就要先使用b、bl、mov等“位置无关”的指令完成将代码从Flash等设备中复制到内存的“运行地址”处，然后再跳到“运行地址去执行”。 
那么程序的运行地址是哪，u-boot的程序是怎么组织的呢？由源码到可执行程序通常会经过这样几个步骤：预处理、编译、汇编、链接 

  最后的链接阶段通常使用arm-linux-ld选项用于将多个目标文件、库文件链接成可执行文件，其中“-T”选项，可以直接用它来指定代码段、数据段、bss段的起始地址，也可以用来指定一个链接脚本，在连接脚本里进行更复杂的地址设置。

1．直接指定代码段,数据段,BSS段的起始地址： 
-Ttest startaddr     -Tdata startaddr       -Tbss startaddr 
示例:arm-linux-ld –Ttext 0x0000000 led_on.o -o led_on_elf 
他表示代码段的运行地址为0x0000000,由于没有定义数据段、bss段的起始地址他们依次被放在代码段的后面 
  2.．使用连接脚本设置地址:arm-linux-ld -T u-boot.lds -o u-boot  
这里的链接脚本就是u-boot.lds这个文件，它定义了整个程序编译之后的连接过程，决定了一个可执行程序的各个段的存储位置。 
先看一下 GNU官方网站上 对.lds文件形式的完整描述： 

SECTIONS { ... secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )   { contents } >region :phdr =fill ... }

secname和contents是必须的，其他的都是可选的。下面挑几个常用的看看： 
1、secname：段名 
2、contents：决定哪些内容放在本段，可以是整个目标文件，也可以是目标文件中的某段（代码段、数据段等） 
3、start：本段连接（运行）的地址，如果没有使用AT（ldadr），本段存储的地址也是start。GNU网站上说start可以用任意一种描述地址的符号来描述。 
4、AT（ldadr）：定义本段存储（加载）的地址。 
  下面，结合u-boot.lds看看一个正式的连接脚本文件。 

OUTPUT_FORMAT("elf32­littlearm", "elf32­littlearm", "elf32­littlearm") ;指定输出可执行文件是elf格式,32位ARM指令,小端 OUTPUT_ARCH(arm) ;指定输出可执行文件的平台为ARM ENTRY(_start) ;指定输出可执行文件的起始代码段为_start. SECTIONS {     . = 0x00000000 ; 从0x0位置开始     . = ALIGN(4) ; 代码以4字节对齐     .text : ;指定代码段     {        cpu/arm920t/start.o (.text) ; 代码的第一个代码部分        *(.text) ;其它代码部分     }     . = ALIGN(4)      .rodata : { *(.rodata) } ;指定只读数据段     . = ALIGN(4);     .data : { *(.data) } ;指定读/写数据段     . = ALIGN(4);     .got : { *(.got) } ;指定got段, got段式是uboot自定义的一个段, 非标准段     __u_boot_cmd_start = . ;把__u_boot_cmd_start赋值为当前位置, 即起始位置     .u_boot_cmd : { *(.u_boot_cmd) } ;指定u_boot_cmd段, uboot把所有的uboot命令放在该段.     __u_boot_cmd_end = .;把__u_boot_cmd_end赋值为当前位置,即结束位置     . = ALIGN(4);     __bss_start = .; 把__bss_start赋值为当前位置,即bss段的开始位置     .bss : { *(.bss) }; 指定bss段     _end = .; 把_end赋值为当前位置,即bss段的结束位置 }

  以上就是u-boot整个工程的链接脚本，它来指定生成的u-boot可执行程序的组成架构。下面列出在u-boot工程编译过程的的最后一步生成u-boot.bin的过程： 
arm-linux-ld -Bstatic -T /u-boot-1.3.4/board/mini2440/u-boot.lds  -Ttext 0x33F80000 $UNDEF_SYM cpu/arm920t/start.o --start-group lib_generic/libgeneric.a cpu/arm920t/libarm920t.a cpu/arm920t/s3c24x0/libs3c24x0.a lib_arm/libarm.a fs/cramfs/libcramfs.a fs/fat/libfat.a fs/fdos/libfdos.a fs/jffs2/libjffs2.a fs/reiserfs/libreiserfs.a ……….(省略若干内容) board/mini2440/libmini2440.a --end-group -L /usr/local/arm/4.3.2/bin/../lib/gcc/arm-none-linux-gnueabi/4.3.2/armv4t -lgcc   -Map u-boot.map -o u-boot 
arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O srec u-boot u-boot.srec 
arm-linux-objcopy --gap-fill=0xff -O binary u-boot u-boot.bin 
  上面可以看到在最后的链接阶段参考了链接脚本的规划，指定了程序的运行地址为0x33f80000，上电启动后，第一阶段的代码就会把u-boot自身搬运到内存的0x33f80000位置去运行。